移动终端的天线设计技巧

移动终端几乎都是使用小型天线，它的缺点是低效率、窄频宽，为了确保天线的性能，因此天线小型化有一定的极限，然而如此一来却违背移动终端小型化的时代趋势。所幸的是天线使用的元件大多是可以创造空间的导体，若与波长比较的话，只要导体具备一定大小，基本上就可以当作高天线使用，例如类似移动终端外壳等结构就符合以上条件（图1）。

　　目前移动终端使用频率大多介于800mMHz～2GHz之间，波长相当于150～350nm左右，因此100～200mm的终端尺寸对小型天线非常有利，也就是说只要巧妙应用移动终端的机壳，就可以获得小型、高性能的天线功能，有鉴于此本文以移动终端的机壳当作天线使用为例，依序介绍地表数位播放用天线与PDC（Personal;DigitalCellular）用Diversity天线的设计技巧。

　　移动终端天线的特征

　　如上所述低效率、窄频宽是一般小型天线的主要缺点。天线的比频宽（以中心频率制定的频率范围）与天线大小有密切关系，小型天线的频宽则与天线的体积呈比例关系。天线的效率可以用下式表示：

　　η=Pr/（Pr+Pd）

　　η：天线的效率。

　　Pr：放射功率。

　　Pd：损失功率。

　　由上式可知如果缩任意小天线大小的话，Pr会比Pd小导致放射效率大幅降低，这种现象尤其是天线附近的电磁界更加明显。图2是提供相同电力给两种天线时，天线附近的实际电界分布状态，图中的单极（Monopole）天线高度为λ/4（此处λ表示天线频率的对应波长）属于中等大小天线，此时单极天线最大强度大约是-20dB；相较之下逆F天线的高度为λ/10属於小型天线，此时F天线最大强度则只有0dB，由此可知即使相同电力随着天线大小的差异，天线附近的电界（电压）分布状态则截然不同，同样的磁界亦即电流强度也不相同。对小型天线而言构成天线的导体与天线周围的空间，若是属于有耗损性的媒体时，会就导致极大的电力（功率）损失，相对的效率也会急遽劣化。

　　天线的等化G与物理长度L可以用下式表示：G=8log（2L/λ）（dBd）（dBd）为接收电波时的强度（与半波长Dipole比较）指标。此处若将频率为/20nm移动终端的天线等化代入上式，可以求得-7.7dB左右的（理论）效率，然而实际上移动终端的效率大约只有-1dB。

　　图3是移动终端周围的电界分布状态，由图可知若对天线施加脉冲电界，天线周围的电界会随时间改变，例如右图的电界强度除了天线之外，机壳本体的电界强度也会随时间改变增大，换句话说只要巧妙应用移动终端机壳的电波放射特性，即使小型天线也可以获得预期的效果。

　　一般数位地表波播送使用波长为400~600nmUHF（UltraHighFrequency）的频宽，然而实际上物理特性上限制，使得一般传统移动终端得天线不容易小型化，因此将移动终端机壳的改成抽取或是折叠设计，形成如图4右侧直接激振天线。

　　接着在波暗室内实际测试上述两种天线的水平面内放射pattern，必需注意的是天线的特性极易受到包含人体在内使用环境的影响，因此测试时被测天线必需远离人体，此外电波几乎是从水平方向入射，所以本测试是以水平面内的放射pattern作为讨论对象。

　　图5是各天线在波暗室内测试获得的结果；表1以Dipole天线作比较基准时的等化平均值，由表1的计算结果可知传统Monopole天线与Dipole天线具备-2.5~2.8dB相同程度的平均等化值。